【摘 要】
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微悬臂梁传感器是一种比较常见的MEMS元器件,广泛应用于各个领域,通过设计不同的微结构能够实现不同的检测效果,还具有体积小、灵敏度高、分辨率高等优点,在生化领域的应用越来多,常被用于微小质量检测、液体浓度检测、气体浓度检测等各个方面。本文结合SON结构的特点,设计了一种电容式内嵌通道微悬臂梁传感器,具体工作如下:（1）电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的输入输出特性研究。对电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的
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微悬臂梁传感器是一种比较常见的MEMS元器件,广泛应用于各个领域,通过设计不同的微结构能够实现不同的检测效果,还具有体积小、灵敏度高、分辨率高等优点,在生化领域的应用越来多,常被用于微小质量检测、液体浓度检测、气体浓度检测等各个方面。本文结合SON结构的特点,设计了一种电容式内嵌通道微悬臂梁传感器,具体工作如下:（1）电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的输入输出特性研究。对电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的工作原理进行分析,建立电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的输入输出关系,给出电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的电容计算公式。分析了在均匀流体和集中载荷下电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的输出电容计算公式,得到输入载荷和电容式内嵌通道微悬臂梁传感器输出电容的关系式。（2）电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的模拟仿真分析。使用COMSOL多物理场仿真软件,通过对固体力学与静电场两个物理场进行耦合,建立电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的仿真模型。仿真分析了电容式内嵌通道微悬臂梁传感器在集中载荷和均匀载荷两种载荷下,不同的结构尺寸参数对电容式内嵌通道微悬臂梁传感器输出电容的影响,为传感器的尺寸设计和优化提供依据。（3）电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的加工和制作。结合SON结构的加工工艺,设计好电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的尺寸,完成电容式内嵌通道微悬臂梁传感器制作,并采用导电玻璃制作电极。制作好的电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的长度为750μm、宽度为90μm、厚度为10μm、内部微通道的长度为700μm、宽度为20μm、高度为2.739μm。（4）电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的测试。搭建电容式内嵌通道微悬臂梁传感器的测试系统,分别对内嵌通道中充满水溶液、不同浓度乙醇溶液、以及含有单个PMMA微球水溶液的传感器进行了测试。在电极距离5μm时,测得水的密度为1.056g/cm~3,相对误差为5.6%;乙醇溶液的密度为0.829g/cm~3,相对误差为5.1%;50%乙醇溶液的密度为0.967g/cm~3,相对误差为5.9%;半径1μm的PMMA微球的质量为0.442ng,相对误差5.8%。电容式内嵌通道微悬臂梁传感器对微球质量测试的重复性误差为5.25%。
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